【正文】 高時(shí)，加大蒸汽流量可加快氣化反應(yīng)，煤氣產(chǎn)率和質(zhì)量也得到提高。但要受到燃料活性、爐溫和熱平衡的限制。 （ 3） 蒸汽用量 蒸汽用量是改善煤氣產(chǎn)量與質(zhì)量的重要手段之一。以降低吹風(fēng)氣中的一氧化碳含量，減少熱損失。 （ 2） 吹風(fēng)速度 提高爐溫的主要手段是增加吹風(fēng)速度和延長(zhǎng)吹風(fēng)時(shí)間。此外，爐溫還受燃料及灰渣熔點(diǎn)的限制，高溫熔融將造成爐內(nèi)結(jié)疤。爐溫高，反應(yīng)速度快，蒸汽分解率高，煤氣產(chǎn)量高，質(zhì)量好。為了保存以上的要求，氣化過(guò)程的工藝條件有： （ 1） 溫度 反應(yīng)溫度沿著燃料層高度而變化，其中氧化層溫度最高。氣化 效率用 X 表示： 13 X=Q 半 /(Q 燃 ＋ Q 蒸 )100% 式中： Q 半 半水煤氣的熱值 Q 燃 消耗燃料的熱值 Q 蒸 消耗蒸汽的熱值 生產(chǎn)強(qiáng)度是指每平方米爐膛截面在每小時(shí)生產(chǎn)的煤氣量，以沒(méi)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的立方米表示。他是用來(lái)表示氣化過(guò)程中的熱能利用率。 間歇式制半水煤氣的工藝條件 選擇生產(chǎn)工藝條件時(shí)，要求氣化效率高，爐子生產(chǎn)強(qiáng)度大，煤氣質(zhì)量好，氣化效率指制得半水煤氣所具有的熱值與制氣投入的熱量之比。二次上吹時(shí)，氣體流向與上吹相同 ，不加入氮空氣 。蒸汽上吹制氣時(shí)，煤氣經(jīng)燃燒室及廢熱鍋爐回收余熱后。燃燒室中加入二次空氣，將吹風(fēng)氣中的可燃?xì)怏w燃燒，使室內(nèi)的格子蓄熱磚溫度升高。 間歇式制氣工作循環(huán)各階段氣體的流向如圖所示。 11 （ 5）吹凈階段 其工藝流程同上吹制氣階段，但不用蒸汽而改用空氣，以回收系統(tǒng)中的煤氣至氣柜。 （ 3）下吹制氣階段 蒸汽自爐頂送入，經(jīng)灼熱的氣化層反應(yīng)，氣化層下移，爐溫繼續(xù)下降，生 成的水煤氣由爐底引出，因下行煤氣通過(guò)灰渣層降低溫度，不再進(jìn)入廢熱鍋爐直接進(jìn)入洗氣箱、洗氣塔洗凈降溫，由塔頂引出至氣柜。 （ 2）上吹制氣階段 蒸汽與加氮空氣一起自爐底送入，經(jīng)與灼熱的燃燒層反應(yīng)后，氣體層上移，爐溫下降，生成半水煤氣由爐頂引出除去帶出灰塵。 間歇式氣化的工作循環(huán) 常壓固定床法制半水煤氣其工藝流程氣化過(guò)程按 5 個(gè)階段分別敘述如下： （ 1）吹風(fēng)階段 來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)的加壓空氣送入煤氣發(fā)生爐底部，經(jīng)與燃料層燃燒放出 大量的熱量?jī)?chǔ)存于炭層內(nèi)，生成吹風(fēng)氣由爐頂出，經(jīng)旋風(fēng)除塵 器除去灰塵后，進(jìn)入廢熱鍋爐的管間的水換熱，水受熱蒸汽產(chǎn)生的低壓蒸汽經(jīng)氣包蒸汽管道可供本爐制氣用。但 CO 含量高達(dá) 30%以上，故它不宜單獨(dú)作為城市煤氣，但可作為城市煤氣的補(bǔ)充氣源以備調(diào)峰之用。 （ 4） 完全利用吹風(fēng)氣所持有熱及上、下行煤氣顯熱的流程 該流程與流程（ 3）的差別僅在于下行煤氣的顯熱亦于回收，廢熱的回收利用程度最高，廢熱鍋爐的溫度波動(dòng)較小，蒸發(fā)量也較穩(wěn)定。 （ 3） 利用吹氣持有熱和上行煤氣顯熱的流程 這是我國(guó)目前廣泛使用的一類流程，它可使大部分的廢熱得以回收利用。 （ 2） 只利用吹氣特點(diǎn)持有熱的流程： 該流程在吹風(fēng)階段，將吹風(fēng)氣通過(guò)燃燒室，同時(shí)向燃燒室內(nèi)送入二次空氣，合使吹風(fēng) 10 氣中的在燃燒室中燃燒，蓄熱，高溫燃燒后廢 熱鍋爐的收熱量后放空。 生產(chǎn)流程的選擇及論證 根據(jù)水煤氣生產(chǎn)工藝流程中廢熱利用的程度，可分為五類： （ 1） 不回收廢熱的流程： 吹風(fēng)直接放空，上下行煤氣直接進(jìn)入冷卻凈化系統(tǒng)，故其熱效率差。 （ 5）灰渣層 氧化層 下面就是灰渣層，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，起作用是能分布熱空氣和保護(hù)爐。 （ 4）氧化層 在這里層中，從下面來(lái)的空氣與彈反應(yīng)，生成碳的氧化物，因?yàn)檠趸俣容^快，故其厚度比還原層薄如用水蒸汽作氣化劑時(shí)，在該層中還進(jìn)行碳與水蒸汽的氧化反應(yīng)。 （ 2）干餾層 干燥層的厚度小于干燥層，在干燥層與干餾層中進(jìn)行原料的預(yù)熱、干燥和干餾。 9 灰渣層 氧化層 干餾層 干燥層 還原層 發(fā)生爐內(nèi)燃料分布情況 圖 燃料層分區(qū)示意圖 在發(fā)生爐中原料層分 為干燥層、干餾層、還原層、氧化層、灰渣層。 在氣化爐燃燒層中，炭與空氣 及 水蒸汽的混合物相互作用時(shí)的產(chǎn)物稱為半水煤氣，其化學(xué)反應(yīng)按下列方程式進(jìn) 行： 2C＋ O2＋ =2CO2＋ C＋ H2O（汽） =CO＋ H2 這種煤氣的組成由上列兩反應(yīng)的熱平衡條件決定。 總之，對(duì)間歇式生產(chǎn)水煤氣，若要使生產(chǎn)取得良好的氣化指標(biāo)，應(yīng)采用熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、不粘結(jié)、粒度均勻、水分較少、灰分和揮發(fā)分不高，灰分熔點(diǎn)較高的原料，本設(shè)計(jì)采用無(wú)煙塊煤。所以要求煤的粘結(jié)性較低為宜。熱穩(wěn)定性差的燃料，不僅增加炭阻力和氣體帶出物，而且會(huì)堵塞爐膛和系統(tǒng)管道，增加動(dòng)力消耗，影響制氣產(chǎn)量。 （ 6）對(duì)機(jī)械強(qiáng)度的要求 機(jī)械強(qiáng)度高，以免燃料在爐內(nèi)或上料過(guò)程中受碰撞和擠壓而發(fā)生碎裂，機(jī)械強(qiáng)度低會(huì)使?fàn)t內(nèi)阻力和氣體帶出物增加，氣化能力下降，消耗增高。 （ 5）對(duì)化學(xué)活性的要求 化學(xué)活性高的燃料，有利于氣體物質(zhì)和氣化率的提高。 （ 4）對(duì)硫份的要求 煤中的硫份在氣化過(guò)程中轉(zhuǎn)化為含硫氣體，不僅對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)管道有腐蝕作用，而且會(huì)使催化劑中毒。這些物質(zhì)的含量對(duì)灰份有決定性影響。因此，要求燃料中揮發(fā)份較低為宜。因此，要求入爐煤的水分含量小于 3～ 5%。 生產(chǎn)半水煤氣對(duì)原料的選擇 生產(chǎn)半水煤 氣的原料有很多種，如焦炭、無(wú)煙煤、煙煤等。 7 第二章 常壓固定床間歇?dú)饣? 半水煤氣定義 半水煤氣是以水蒸氣為主加入適量的空氣為氣化劑與赤熱的炭反應(yīng)，所生成的煤氣稱為半水煤氣，它是合成氨的原料氣，其成分中 CO2+H2一般在 68%左右。根據(jù)我國(guó)基本國(guó)情及當(dāng)?shù)厍闆r本設(shè)計(jì)采用常壓固定床間歇?dú)饣?。所以，雖然固定床其工藝較其它氣化 工藝有其不足之處且工藝較為落后。但是如果采用這些方法不但其主體設(shè)備及相關(guān)必要設(shè)備的投資就將大大增加而且能耗也將大大增大。因此，此工藝被認(rèn)為有可能放大到工業(yè)化生產(chǎn)。此法效率高，有害物質(zhì)少，氣化反應(yīng)在常壓下進(jìn)行。此法目前尚處于開(kāi)發(fā)研究階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，關(guān)鍵在于氣化爐。 （ 2）覬洛格法 6 此法為 — 加壓熔浴氣化法。 （ 1）羅米方法 此法為常壓粉煤熔渣浴氣法，此法有單簡(jiǎn)式和雙簡(jiǎn)式兩種爐型。熔浴床有熔渣床、熔鹽床和熔鐵床 3類 。氣化爐是由美國(guó)德平古石油公司所屬德平古開(kāi)發(fā)公司開(kāi)發(fā)的氣流床氣化爐。它是 1948 年德國(guó)海因里希 柯柏斯和托切克博士提出的一種氣流床氣化粉煤的方法。它與固態(tài)排渣相比，降低了灰渣的碳損失。粗煤氣再進(jìn)入第二旋風(fēng)分離器，在此分離出的細(xì)顆粒通過(guò)密閉的灰鎖系統(tǒng)將灰渣排出，除去煤塵。沒(méi)與白云石類添加物在爐內(nèi)與經(jīng)過(guò)預(yù)熱的氣化劑（氧氣 /蒸汽或空氣 /蒸汽）發(fā)生氣化反應(yīng)。 5 （ 2）高溫溫克勒法 將含水分 85~12%的褐煤輸入到充壓至 的密閉料鎖系統(tǒng)后，經(jīng)給煤機(jī)加入氣化爐內(nèi)。 （ 1）溫克勒法 溫克勒法是最早開(kāi)發(fā)的流化方法，在常壓下，把煤粒度為 08mm 的褐煤、弱粘結(jié)性煙煤或焦碳經(jīng)給煤機(jī)加入到氣化爐內(nèi)。 流化床氣化 流化床氣化又稱沸騰床氣化，它是以小顆粒煤為原料，將氣化劑（蒸汽和富氧或氧氣）送入爐內(nèi)，是煤顆粒的爐內(nèi)呈沸騰狀態(tài)進(jìn)行氣化反 應(yīng)。它和常壓移動(dòng)床一樣，也是自熱式逆流反應(yīng)床。 （ 1）固定床常壓氣化 此方法比較簡(jiǎn)單，但對(duì)煤的類型有一定要求，即要求用塊煤，低灰熔點(diǎn)的煤難以使用常壓方法用空氣或空氣 水蒸汽作為氣化劑，制得低熱值煤氣。煤由氣化爐頂部間歇加入，氣化劑由爐底送入，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過(guò)程進(jìn)行得很完全，灰渣中殘?zhí)忌伲a(chǎn)物氣體的顯熱中的相當(dāng)部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，而且灰渣的顯熱又預(yù)熱了入爐的氣化劑，因此氣化劑效率高。 本設(shè)計(jì)按反應(yīng)器的分類方法來(lái)分別簡(jiǎn)要介紹各種方法。 ，氣化過(guò)程的供熱方式有（ 1）部分氣化方法；（ 2）間接供熱；（ 3）由平行進(jìn)行的反應(yīng)器直接供熱； （ 4）熱載體 供熱。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，應(yīng)積極進(jìn)行煤氣化的研究，掌握和運(yùn)用國(guó)內(nèi) 外的先進(jìn)煤氣化及其應(yīng)用技術(shù)，對(duì)加快我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化有著重要的意義。 煤氣化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外煤完全氣化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，概括地可以歸納出如下幾點(diǎn)： （ 1）氣化向大型化方向發(fā)展，因?yàn)榇笮突梢蕴岣邌挝辉O(shè)備的生產(chǎn)能力： （ 2）使用氧氣為氣化劑，提高煤氣化爐的操作溫度： （ 3）提高煤氣化操作壓力，幾乎各種類 型的新開(kāi)發(fā)的氣化爐都采用加壓氣化的工藝； （ 4）擴(kuò)大氣化煤種的范圍，隨著采煤機(jī)械化和水力采煤技術(shù)的發(fā)展，原煤中的碎煤產(chǎn)率越來(lái)越多，為了適應(yīng)這種趨勢(shì)，一些新開(kāi)發(fā)的新氣化方法都用碎煤或粉煤氣化； （ 5）開(kāi)發(fā)利用無(wú)污染的氣化方法，許多開(kāi)發(fā)的氣化方法，都考慮了在工藝 過(guò)程中消除或減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生。其種類繁多，方式各異。 50 年代后期，由于石油、天然氣工業(yè)的興起，煤制氣技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究工作受到?jīng)_擊。 煤炭氣化至今已有 150 多年的歷史。煤炭氣化時(shí)所得的可燃?xì)怏w稱氣化煤氣。 煤氣化發(fā)展史 煤炭氣化，是以煤或焦碳為原料，用氧氣（空氣、富氧或純氧）水蒸汽或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在 高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或焦碳中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體燃料的過(guò)程。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12%。如果在合成氨原料氣脫除二氧化碳過(guò)程中能聯(lián)合生產(chǎn)這些產(chǎn)品，則可以簡(jiǎn)化流程、減少能耗、降低成本。 （ 3）與其他產(chǎn) 品聯(lián)合生產(chǎn)。 （ 2）與能源工業(yè)關(guān)系密切。世界人口不斷增長(zhǎng)給糧食供應(yīng)帶來(lái)壓力，而施用化學(xué)肥料是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的有效途徑。食品工業(yè)中，氨廣泛用作冷凍劑，冶金工業(yè)、石油加工工業(yè)、機(jī)械工業(yè)亦需要使用氨或其加工產(chǎn)品，因此合成氨造氣工序的研究可以推動(dòng)基本化學(xué)工業(yè)、制藥工業(yè)、食品工業(yè)等的發(fā)展，降低它們的生產(chǎn)成本，也間接的降低了物價(jià)，減輕了消費(fèi) 者的經(jīng)濟(jì)壓力，增加市場(chǎng)的流通速度，更加有利于經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展?；净瘜W(xué)工藝中的硝酸、純堿、各種含氮無(wú)機(jī)鹽，有機(jī)化學(xué)中的各種含氮中間體。 合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1億噸以上，其中約有 80%的氨用來(lái)生產(chǎn)化學(xué)肥料 ， 20%作為其它化工產(chǎn)品的原料。 為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。對(duì)于造氣階段來(lái)說(shuō)它是合成氨的首要階段，對(duì)于合成氨工藝的重要性是不言而喻的，并且在合成氨的過(guò)程中大部分的能耗和污染都在造氣階段，所以說(shuō)對(duì)于合成氨造氣工段的研究性是有很大意義的，對(duì)此我的設(shè)計(jì)課題為年產(chǎn) 25 萬(wàn)噸合成氨造氣工藝的設(shè)計(jì)。 煤的氣化是煤轉(zhuǎn)化技術(shù)中最主要的方面，并已獲得廣泛的應(yīng)用。 我國(guó)合成氨工業(yè)原料路線是煤汽油并舉，以煤為主。為了生產(chǎn)氨，一般均以各種燃料為原料。 the gasification process 1 引言 氨是一種重要的化工原料，特別是生產(chǎn)化肥的原料，它 是由氫和氮合成。 關(guān)鍵詞： 合成氨；半水煤氣；造氣工藝 II The Design of Synthesis Ammonia Gasification Process of 250kt/a Abstract； Synthetic ammonia gasification is the first phase, alse is equivalent to the hend of the synthesis ammonia, and most of the energy consumption and pollution in the gasification stage, so the importance is ineffable of it. Synthetic ammonia gasification production the